一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置制造方法及图纸

一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，属于光学探测领域，包括探测激光驱动单元、探测发射光学系统、探测接收光学系统、探测控制单元、微处理器及通信单元，其中微处理器连接通信单元和探测控制单元；探测控制单元连接探测激光驱动单元、探测发射光学系统及探测接收光学系统，且探测激光驱动单元驱动探测发射光学系统发射脉冲激光；通信单元与机器人行走控制单元通信连接；本实用新型专利技术采用脉冲激光对目标空间进行照射，通过发射激光信号和接收激光信号的时间间隔，计算目标空间中是否存在障碍物及障碍物位置；根据障碍物信息来确定机器人行进距离及及时避让操作，避免机器人发生碰撞、倾倒及损坏，达到机器人行进安全的目的。

A collision warning device for walking robot based on laser detection technology

A walking robot collision warning device based on laser detection technique, which belongs to the field of optical detection, including the detection of laser detection driving unit, transmitting optical system, detection of receiving optical system, detection control unit, microprocessor and communication unit, wherein the microprocessor is connected with a communication unit and a detection control unit; the control unit is connected with the detecting probe laser driving unit, detection optical transmitting system and detection and detection of laser receiving optical system, a driving unit for driving detection optical transmitting system transmitting pulse laser; communication unit and robot control unit communication connection; the utility model adopts pulse laser irradiation on the target space, by transmitting the laser signal and receives the laser signal time interval calculation and whether there are obstacles the position of the obstacle in the objective space according to the obstacle information; To determine the moving distance of the robot and to avoid the operation in time so as to avoid the collision, dumping and damage of the robot, so as to achieve the safety of the robot.

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置
本技术属于光学探测领域，特别是涉及一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展，家用机器人随之流行。在家用机器人行走过程中需要及时发现周围障碍物进行躲避，目前在避障模块中多使用超声波探测模块，但现有的超声波探测模块存在测量精度低、范围小、发现周围障碍物的能力差，出错率高等问题，机器人在行走过程总发生碰撞，容易造成机器人损坏。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题：提供一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，用于行走机器人探测周围障碍物信息，避免机器人行走过程总发生碰撞、倾倒及损坏，达到机器人行走安全的目的。为达到上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，其特征是：包括探测激光驱动单元、探测发射光学系统、探测接收光学系统、探测控制单元、微处理器及通信单元，其中微处理器连接通信单元和探测控制单元；探测控制单元连接探测激光驱动单元、探测发射光学系统及探测接收光学系统，且探测激光驱动单元驱动探测发射光学系统发射脉冲激光；通信单元与机器人行走控制单元通信连接；其中探测激光驱动单元包括反激式电源控制器、第一MOS管、变压器、二极管、滤波电路、脉冲激光器、第二MOS管、逻辑器件、延迟线及MOS管驱动器，所述第一MOS管连接反激式电源控制器和变压器；所述二极管连接变压器与滤波电路；所述脉冲激光器分别与滤波电路、反激式电源控制器及第二MOS管连接；所述延迟线连接逻辑器件与MOS管驱动器；所述MOS管驱动器与第二MOS管连接；其中探测发射光学系统包括脉冲半导体激光器、平板玻璃、凸透镜Ⅰ、PIN光电探测器及光电转换电路Ⅰ，所述平板玻璃位于脉冲半导体激光器发射脉冲激光的路线上；所述凸透镜Ⅰ位于平板玻璃的透射光路上；所述PIN光电探测器位于平板玻璃的反射光路上，PIN光电探测器与光电转换电路Ⅰ连接；其中探测接收光学系统包括APD光电探测器、窄带滤光片、凸透镜Ⅱ、凸透镜Ⅲ及光电转换电路Ⅱ，所述凸透镜Ⅲ、凸透镜Ⅱ、窄带滤光片及APD光电探测器沿从障碍物反射的激光光路方向顺次设置，其中APD光电探测器与光电转换电路Ⅱ连接；其中探测控制单元包括第一差分转换器、第二差分转换器及数字逻辑芯片，所述第一差分转换器一端与探测发射光学系统连接，另一端与数字逻辑芯片连接；所述第二差分转换器一端与探测接收光学系统连接，另一端与数字逻辑芯片连接。进一步，所述光电转换电路Ⅰ和光电转换电路Ⅱ均包括阻抗放大器、限幅放大器以及PECL转换电路，且阻抗放大器、限幅放大器以及PECL转换电路顺次连接。通过上述设计方案，本技术可以带来如下有益效果：本技术采用模块化设计，结构紧凑，体积小，易于集成到整个行走机器人中，有利于整体系统的结构设计。本技术精度高，通过多次高频探测，及时发现障碍物信息，具有安全性高，稳定性好等特点，本技术使用激光照射目标范围通过检测接收光信号，进行障碍物的探测。与传统的超声波探测相比，激光具有测量精度高、范围大、出错率低等特点，与超声波探测模块相比，提高了周围障碍物发现的能力。综上，本技术提出了一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，用于行走机器人探测周围障碍物信息，避免机器人行走过程总发生碰撞，达到机器人行走安全的目的。附图说明以下结合附图说明和具体实施方式对本技术作进一步说明：图1为本技术一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置结构示意图。图2为探测激光驱动单元电路图。图3为激光探测发射光学系统结构示意图。图4为激光探测接收光学系统结构示意图。图5为光电转换电路图。图6为探测控制单元电路图。图中：1-探测激光驱动单元、101-反激式电源控制器、102-第一MOS管、103-变压器、104-二极管、105-滤波电路、106-脉冲激光器、107-第二MOS管、108-逻辑器件、109-延迟线、110-MOS管驱动器、2-探测发射光学系统、201-脉冲半导体激光器、202-平板玻璃、203-凸透镜Ⅰ、204-PIN光电探测器、205-光电转换电路Ⅰ、3-探测接收光学系统、301-APD光电探测器、302-窄带滤光片、303-凸透镜Ⅱ、304-凸透镜Ⅲ、305-光电转换电路Ⅱ、4-探测控制单元、401-第一差分转换器、402-第二差分转换器、403-数字逻辑芯片、5-微处理器、6-通信单元。具体实施方式如图1所示，本技术提出了一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，采用激光探测技术，通过激光照射与接收，判断周围障碍物信息，用于行走机器人实时判断周围障碍物状况及进行及时的避让，行走机器人碰撞预警装置包括探测激光驱动单元1、探测发射光学系统2、探测接收光学系统3、探测控制单元4、微处理器5及通信单元6，其中微处理器5连接通信单元6和探测控制单元4；探测控制单元4连接探测激光驱动单元1、探测发射光学系统2及探测接收光学系统3，且探测激光驱动单元1驱动探测发射光学系统2发射脉冲激光；通信单元6与机器人行走控制单元通信连接；如图2所示，探测激光驱动单元1包括反激式电源控制器101、第一MOS管102、变压器103、二极管104、滤波电路105、脉冲激光器106、第二MOS管107、逻辑器件108、延迟线109及MOS管驱动器110，所述第一MOS管102连接反激式电源控制器101和变压器103；所述二极管104连接变压器103与滤波电路105；所述脉冲激光器106分别与滤波电路105、反激式电源控制器101及第二MOS管107连接；所述延迟线109连接逻辑器件108与MOS管驱动器110；所述MOS管驱动器110与第二MOS管107连接；反激式电源控制器101控制第一MOS管102开关，通过变压器103升压输出；所述二极管104连接变压器103与滤波电路105，经过滤波电路105得到100V～500V直流高压。通过逻辑器件108及延迟线109得到窄脉冲信号，通过MOS管驱动器110驱动第二MOS管107快速开通对脉冲激光器106进行放电，得到窄脉冲高压，克服引线电感，得到10ns～100ns脉冲电流用来驱动探测发射光学系统2中脉冲半导体激光器201，综上探测激光驱动单元1采用窄脉冲高压驱动脉冲激光器106，克服引线感抗产生大驱动电流，驱动电压为100V～500V、脉冲宽度为10ns～100ns、驱动电流为0～30A，本技术采用反激式电源生成100V～500V直流高压，对高压电容进行蓄能，通过MOS管驱动器110驱动高压高速MOS管进行快速开通对脉冲激光器106进行放电，其中高压高速MOS管即第二MOS管107，从而克服引线电感输出10ns～100ns脉冲尖峰电流，峰值电流为0～30A。如图3及图5所示，探测发射光学系统2包括脉冲半导体激光器201、平板玻璃202、凸透镜Ⅰ203、PIN光电探测器204及光电转换电路Ⅰ205，所述平板玻璃202位于脉冲半导体激光器201发射脉冲激光的路线上；所述凸透镜Ⅰ203位于平板玻璃202的透射光路上；所述PIN光电探测器204位于平板玻璃202的反射光路上，PIN光电探测器204与光电转换电路Ⅰ205连接；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，其特征是：包括探测激光驱动单元(1)、探测发射光学系统(2)、探测接收光学系统(3)、探测控制单元(4)、微处理器(5)及通信单元(6)，其中微处理器(5)连接通信单元(6)和探测控制单元(4)；探测控制单元(4)连接探测激光驱动单元(1)、探测发射光学系统(2)及探测接收光学系统(3)，且探测激光驱动单元(1)驱动探测发射光学系统(2)发射脉冲激光；通信单元(6)与机器人行走控制单元通信连接；其中探测激光驱动单元(1)包括反激式电源控制器(101)、第一MOS管(102)、变压器(103)、二极管(104)、滤波电路(105)、脉冲激光器(106)、第二MOS管(107)、逻辑器件(108)、延迟线(109)及MOS管驱动器(110)，所述第一MOS管(102)连接反激式电源控制器(101)和变压器(103)；所述二极管(104)连接变压器(103)与滤波电路(105)；所述脉冲激光器(106)分别与滤波电路(105)、反激式电源控制器(101)及第二MOS管(107)连接；所述延迟线(109)连接逻辑器件(108)与MOS管驱动器(110)；所述MOS管驱动器(110)与第二MOS管(107)连接；其中探测发射光学系统(2)包括脉冲半导体激光器(201)、平板玻璃(202)、凸透镜Ⅰ(203)、PIN光电探测器(204)及光电转换电路Ⅰ(205)，所述平板玻璃(202)位于脉冲半导体激光器(201)发射脉冲激光的路线上；所述凸透镜Ⅰ(203)位于平板玻璃(202)的透射光路上；所述PIN光电探测器(204)位于平板玻璃(202)的反射光路上，PIN光电探测器(204)与光电转换电路Ⅰ(205)连接；其中探测接收光学系统(3)包括APD光电探测器(301)、窄带滤光片(302)、凸透镜Ⅱ(303)、凸透镜Ⅲ(304)及光电转换电路Ⅱ(305)，所述凸透镜Ⅲ(304)、凸透镜Ⅱ(303)、窄带滤光片(302)及APD光电探测器(301)沿从障碍物反射的激光光路方向顺次设置，其中APD光电探测器(301)与光电转换电路Ⅱ(305)连接；其中探测控制单元(4)包括第一差分转换器(401)、第二差分转换器(402)及数字逻辑芯片(403)，所述第一差分转换器(401)一端与探测发射光学系统(2)连接，另一端与数字逻辑芯片(403)连接；所述第二差分转换器(402) 一端与探测接收光学系统(3)连接，另一端与数字逻辑芯片(403)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，其特征是：包括探测激光驱动单元(1)、探测发射光学系统(2)、探测接收光学系统(3)、探测控制单元(4)、微处理器(5)及通信单元(6)，其中微处理器(5)连接通信单元(6)和探测控制单元(4)；探测控制单元(4)连接探测激光驱动单元(1)、探测发射光学系统(2)及探测接收光学系统(3)，且探测激光驱动单元(1)驱动探测发射光学系统(2)发射脉冲激光；通信单元(6)与机器人行走控制单元通信连接；其中探测激光驱动单元(1)包括反激式电源控制器(101)、第一MOS管(102)、变压器(103)、二极管(104)、滤波电路(105)、脉冲激光器(106)、第二MOS管(107)、逻辑器件(108)、延迟线(109)及MOS管驱动器(110)，所述第一MOS管(102)连接反激式电源控制器(101)和变压器(103)；所述二极管(104)连接变压器(103)与滤波电路(105)；所述脉冲激光器(106)分别与滤波电路(105)、反激式电源控制器(101)及第二MOS管(107)连接；所述延迟线(109)连接逻辑器件(108)与MOS管驱动器(110)；所述MOS管驱动器(110)与第二MOS管(107)连接；其中探测发射光学系统(2)包括脉冲半导体激光器(201)、平板玻璃(202)、凸透镜Ⅰ(203)、PIN...

【专利技术属性】
技术研发人员：董洪斌，白戎，刘大巍，孙婷婷，
申请(专利权)人：长春德信光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：吉林,22